【文章內容簡介】 參數 ——剪切面的剪應力（shear stress in shear plane） ——前刀面上的流屑角，當45176。以及切削，≈?！ㄏ蚣羟薪牵╪ormal shear angle） ——前刀面上的摩擦角 (friction angle on rake face) ——法向摩擦角 (normal friction angle)另外，單元刃口切削力可寫成[50]：式中 ——法剖面內平行于合成切削速度方向單位切削寬度的刃口力——法剖面內垂直于合成切削速度方向單位切削寬度的刃口力以上公式所需的基本切削參數、可由試驗公式給出。單元切削力為單元變形力與單元刃口切削力之合，寫成:本論文以刀桿的端部裝有兩個等邊不等角六邊形硬質合金可轉位刀片的淺孔鉆為例進行受力分析，(b)。將實際參與切削的切削刃分成七個部分，包括：刀片2右刃、刀片2左刃bc段及cf段、刀片1右刃ek段及kn段、刀片1左刃no段及過心部分oq段。按定義在鉆頭坐標系oxyz中，將單元切削力、三個力寫成矢量表達式，對于刀片2右切削刃有， ， 。求得小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：刀片2右切削刃沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：對于刀片2左切削刃有：(1)段，三角形abc區(qū)域是由雙刃切削形成的，因此進給量為。不考慮進給量時的搭接點為a點，它在刀片坐標系中的坐標為及；考慮進給量時的搭接點為b點，它在刀片坐標系中的坐標為及。為了簡化計算過程，將段看作一個小單元，求出三角形abc在基面內的面積就等于求出了段的切削面積。 利用經驗公式可以求出段上的、 、、從而求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：(2)段，平行四邊形acfg區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進給量為。將段分割成許多小單元，任取一個小單元進行分析，利用經驗公式可以求出這個小單元上的、。求出小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：對于刀片1右切削刃有：(1)段 ，三角形dek區(qū)域是由雙刃切削形成的，因此進給量為。不考慮進給量時的搭接點為d點，它在刀片坐標系中的坐標為及；考慮進給量時的搭接點為e點，它在刀片坐標系中的坐標為及。為了簡化計算過程，將段看作一個小單元，求出三角形dek在基面內的面積就等于求出了段的切削面積。利用經驗公式可以求出段上的、,并將、三個力寫成向量的形式，就可以求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：(2)段，平行四邊形dknm區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進給量為。將段分割成許多小單元，任取一個小單元進行分析，利用上面的經驗公式可以求出這個小單元上的、寫出 、的向量形式，可以求出小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 然后求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：對于刀片1左切削刃的非過心段，如圖4所示，平行四邊形mnoh區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進給量為。將段分割成許多小單元，任取一個小單元進行分析，利用上面的經驗公式可以求出這個小單元上的、 、、。進而求出小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 過心部分的幾何參數的計算可轉位淺孔鉆內刀片，由于靠近刀具旋轉中心，線速度較低(中心處為零)，刀片主要受擠壓作用。因此，為了避免讓強度較弱的刀尖參與切削，增強實際參加切削的切削刃強度，以減小崩刃，使內刀片超過鉆頭中心一定量，稱之為過心部分。設過中心部分切削刃上任意一點在刀片坐標系o’x’y’z’中的矢徑為：同一點在鉆頭坐標系oxyz中的矢徑為：則由式（1）有： （52）該點在鉆頭坐標系oxyz中的合成切削速度矢量可表示為： 式中 主運動速度幺矢進給速度幺矢合成速度幺矢n轉速R過中心部分切削刃上所選點處的半徑，過中心部分在鉆頭坐標系中的前、后刀面相反，因此過心部分在刀片坐標系o’x’y’z’中各矢量方程表示如下：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過中心部分安裝在坐標系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 切削刃幺矢： The geometry of cutting edge exceeding the centerline of the drill 過心部分的幾何參數切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過中心部分安裝在坐標系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：法前角幺矢：過中心部分切削刃上任意一點在加工狀態(tài)下的刃傾角、法前角和主偏角計算如下： (53) (54) (55)且 優(yōu)化模型與優(yōu)化結果用最優(yōu)化方法解決最優(yōu)化問題的技術稱為最優(yōu)化技術，它包含兩個方面的內容：① 建立數學模型，即用數學語言來描述最優(yōu)化問題。模型中的數學關系式反映了最優(yōu)化問題所要達到的目標和各種約束條件。② 數學求解。數學模型建好以后，選擇合理的最優(yōu)化方法進行求解。 淺孔鉆的優(yōu)化模型由于淺孔鉆內外刀片的非對稱布置，導致刀具在加工時要產生徑向合力，從而影響了被加工孔的質量，因此最大限度地減小淺孔鉆加工時的徑向合力就成為研究的重點。我們知道，對于給定的應用條件（即工件材料的機械物理性能、切削用量及切削狀態(tài)等），某種刀片形狀和材質必然存在一種最優(yōu)的空間刀片布置方案，以形成合理的空間幾何參數，使得徑向合力達到最小。于是，我們將最優(yōu)化原理和計算機技術應用于淺孔鉆的設計來尋找這種最優(yōu)的方案，采用多目標非線性約束優(yōu)化方法。最優(yōu)化模型可描述為：目標函數： min and 設計變量：∈D式中 ，，邊界約束條件： 作者在建立上述優(yōu)化模型時，綜合考慮了可轉位淺孔鉆的幾何結構及鉆削性能，將刀片1與刀片2的五個安裝位置參數的約束邊界限制在一個較小的范圍內。優(yōu)化結果表明，在該范圍內可以找到使徑向合力及扭矩為最小的5個最優(yōu)參數。 用MATLAB的Fgoalttain求解多目標優(yōu)化問題利用Fgoalttain函數求解多目標達到問題。假設多目標達到問題的數學模型為： =1,…,m （非線性不等式約束） （非線性等式約束） （線性不等式約束） （線性等式約束）其中為可正可負的標量變量，為第個目標函數，和分別為第個目標函數的加權系數和目標。加權系數控制未達到目標或超過目標的相對程度，在公式中為一弱化量。fgoalttain函數的調用格式為：[x,fval]=fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,lb,ub)其中，goal變量為目標希望達到的向量值。向量的長度與fun函數返回的目標數相等。weight變量為權重向量，可以控制低于或超過fgoalattain函數指定目標的相對程度。當加權函數weight為正時，fgoalattain函數試圖使對象小于目標值；當權重weight為負時，目標函數大于目標值。：開始輸入,的已知值和的初值調用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fgoalttain函數計算and 及對應的值輸出,結束 Flow chart for optimization puter program 優(yōu)化程序的計算流程圖 優(yōu)化計算結果及優(yōu)化后的鉆頭幾何參數由于兩塊硬質合金刀片在徑向非對稱分布，導致了淺孔鉆在加工時要產生徑向合力，從而影響機床的受力與刀具的變形，進而影響被加工孔的質量（主要是孔的形狀精度）。影響徑向合力的大小和作用方向的主要因素有鉆頭的幾何參數、可轉位刀片在鉆頭上的裝夾位置和鉆頭的橫截面。因此，本論文從理論上優(yōu)化刀具結構，尋找能使徑向合力及扭矩達到最小，并且優(yōu)化后的幾何參數有利于改善刀具切削性能的最優(yōu)的設計方案。下面以Φ25的淺孔鉆為例，對其進行優(yōu)化，采用多目標達到法，將已知數據與設計參數的初值代入優(yōu)化模型中。 優(yōu)化結果 Optimal Results123參 數初 值54112優(yōu) 化結 果 鉆頭直徑與優(yōu)化參數間的關系~56mm的淺孔，前邊僅對直徑為25mm的鉆頭進行了參數優(yōu)化。將數學模型及優(yōu)化模型應用于不同直徑的可轉位淺孔鉆，研究鉆頭直徑與優(yōu)化參數間的關系。,1 ，2 ，3值。 優(yōu)化參數/鉆頭直徑 Optimum Parameters/ Drill Diameter安裝角度鉆頭直徑1232022252830344248 52563 可轉位淺孔鉆智能CAD系統(tǒng)的設計CAD系統(tǒng)要求有強大的數據處理能力，選擇好的CPU對于CAD系統(tǒng)是至關重要的，一般要求PentiumIII以上。CAD系統(tǒng)的圖形顯示速度和計算能力也要求有性能良好的顯示適配器（VGA以上）和較大內存（64M以上）[11]，在開發(fā)本系統(tǒng)時，采用Intel Pentium4 處理器，256MB內存。軟件的更新換代是最快的，開發(fā)本系統(tǒng)時，選用的操作系統(tǒng)是WindowsXP系統(tǒng)，在此操作系統(tǒng)下，我們選用了Visual Studio C++,Pro/E Wildfire(英文版),SQL Server2000等作為開發(fā)本系統(tǒng)的軟件。Pro/Engineer軟件是由美國參數化技術公司（Parametric Techology Corporation,PTC）開發(fā)的新一代CAD/CAM系統(tǒng)，該軟件是一種采用了特征建模技術，基于統(tǒng)一數據庫的參數化的通用CAD系統(tǒng)。自從面世以來，以全參數化尺寸驅動、基于特征、單一全關聯的數據庫等優(yōu)點深受用戶好評，并成為國際參數化的行業(yè)標準。目前Pro/Engineer軟件在我國的機械、電子、家電、模具等行業(yè)取得了廣泛的應用，在國內的應用數量大大超過了同類型的其他國外產品。雖然Pro/Engineer軟件功能非常強大，通用性非常好，然而在具體的使用過程中不可能滿足各種要求，特別是國外的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在設計標準、規(guī)范及標準件庫等方面和國內存在較大差異，因此，以Pro/Engineer軟件為平臺進行二次開發(fā)，使之適合國內外企業(yè)設計的要求，更大限度的發(fā)揮Pro/Engineer的作用，已成為該軟件應用過程中的一項重要工作?？上驳氖荘ro/Engineer具有開放的體系結構和優(yōu)秀的二次開發(fā)工具，允許用戶和開發(fā)者對其進行擴充和修改。Pro/Engineer常用的二次開發(fā)工具有：族表(Family Table)、用戶定義特征(UDF)、Pro/Program、Jlink、Pro/Toolkit等。Pro/Toolkit是Pro/E自帶的功能最強大的二次開發(fā)工具，它是基于C語言的，其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼擴充Pro/Engineer系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于Pro/Engineer系統(tǒng)的應用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。不僅如此，還可以利用Pro/Toolkit提供的UI對話框、菜單以及Visual C++，設計出方便實用的人機交互界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/Toolkit工具包提供了開發(fā)Pro/Engineer所需的函數庫文件和頭文件，使用戶編寫的應用程序能夠安全地控制和訪問PE，并可以實現應用程序模塊與Pro/Engineer系統(tǒng)的無縫集成。Pro/Toolkit支持在Windows 2000/NT/XP操作系統(tǒng)中使用C和C++語言設計程序，采用Microsoft Visual C++ 作為編譯器和連接器，并可以在Microsoft visual C++ 的集成環(huán)境下完成程序的設計、調試和編譯[3]。 應用程序開發(fā)軟件Microsoft Visual C++ Visual C++。由于C++提供了把數據及數據之上的操作封裝在一起的類、對象和方法的機制，并通過繼承、重載和多態(tài)性等特征實現了軟件的重用和程序的自動生成，使軟件的構造、開發(fā)和維護變得更為有效，并能更好地反映客觀事物的本質。Visual C++的MFC為面向對象的Windows編程提供了強有力的支持，它與win32緊密相連，是當今Windows系統(tǒng)平臺上最強大的應用程序開發(fā)系統(tǒng)，利用Visual C++，從界面設計到數據庫訪問，能滿足不同用戶CAD系統(tǒng)要求。在VC++，主要有三種常用的工程：Win32 Console Application；Win32 Application；MFC AppWizard。Win32 Console Application 是用于創(chuàng)建DOS控制臺的C/C+